Area Comune PET/TC CICLOTRONE La Radioprotezione in Medicina Nucleare e Radiofarmacia Radiazioni Ionizzanti Le Radiazioni Ionizzanti sono radiazioni elettromagnetiche di energia sufficiente per poter ionizzare atomi o molecole con i quali vengono a contatto. Il fenomeno della ionizzazione consiste nella separazione di uno o di più elettroni dagli atomi o dalle molecole di cui fanno parte, che restano di conseguenza carichi positivamente. La ionizzazione non comporta quindi una generazione di carica elettrica netta, ma una messa a disposizione di cariche elettriche per successive ricombinazioni e reazioni all'interno della materia irraggiata. Questa è l'origine del danno biologico prodotto dalle Radiazioni Ionizzanti: in conseguenza della ionizzazione prodotta dalla radiazione si generano all'interno delle cellule nuove molecole o frammenti di molecole molto aggressivi dal punto di vista biochimico, in grado di danneggiare irreparabilmente a livello molecolare le strutture responsabili della funzionalità delle cellule, o dell'integrità del patrimonio di informazione genetica. Radiazioni Ionizzanti l danno può essere immediato, se la dose di radiazione è tale da inibire direttamente le funzioni della cellula e dell'organo o degli organi di cui fanno parte, oppure ritardato nel tempo, in caso di danneggiamento del patrimonio genetico della cellula. La quantità di energia della radiazione necessaria per produrre danni, anche molto gravi, è, in termini assoluti, molto piccola: del tutto trascurabile rispetto alle energie in gioco nelle più comuni operazioni della vita quotidiana, quali il riscaldamento di un pentolino d'acqua, o l'infissione di un chiodo alla parete. Per esempio l'energia di un fascio di radiazioni ionizzanti in grado di indurre, se assorbita dal corpo intero, la morte della persona irradiata entro trenta giorni con una probabilità del 50% (un effetto dunque della massima gravità) produrrebbe, se completamente convertita in energia termica, un innalzamento della temperatura del corpo di un millesimo di grado centigrado, del tutto trascurabile, neppure misurabile. 1
Radioprotezione La Radioprotezione si occupa di regolare e sorvegliare qualsiasi attività che implica esposizione alle radiazioni ionizzanti. Tale attività deve essere giustificata, e i limiti di esposizione devono essere rispettati così come i livelli di esposizione tenuti ai minimi valori ragionevolmente possibili tenendo in dovuta considerazione fattori economici e sociali (principio di ottimizzazione). La radioprotezione include tutte quelle misure volte alla protezione della popolazione e dei lavoratori che svolgono attività che comportano esposizione alle radiazioni ionizzanti: laboratori, ospedali, industria nucleare, attività aeronautiche, ecc. Le tecniche di radioprotezione utilizzate sono svariate, in dipendenza dal grado del potere penetrante della radiazione in oggetto. Il potere penetrante delle radiazioni dipende dalla loro natura e possono essere classificate come: α: composta da 4 nucleoni (2 neutroni+ 2 protoni: nuclei di elio). Interagiscono fortemente con la materia e quindi vengono facilmente assorbiti dai materiali.fortemente Ionizzanti. β: costituita da elettroni positivi o negativi. β + p n + e + β - n p + e - Meno ionizzanti delle α. γ: Radiazione non corpuscolata è meno ionizzante di α e β ma molto più penetrante. Direttamente ionizzanti Foglio di carta Foglio di alluminio Pb Cemento Radiazione 1MeV α β γ Percorso in aria 0,7cm 2.32m ~300m Percorso nel tessuto 0.006cm 0.43cm 31.28cm Indirettamente ionizzanti Radiazioni: α,β,γ. Tutti i radioisotopi utilizzati in PET sono β + NOTA: I raggi gamma si distinguono dai raggi X per la loro origine: i gamma sono prodotti da transizioni nucleari o comunque subatomiche, mentre gli X sono prodotti da transizioni energetiche dovute ad elettroni in rapido movimento. Poiché è possibile per alcune transizioni elettroniche superare le energie di alcune transizioni nucleari, i raggi X più energetici si sovrappongono con i raggi gamma più deboli. 2
Radioprotezione I concetti fondamentali legati alle metodiche di radioprotezione sono fondamentalmente tre: Tempo: La quantità di radiazione assorbita cresce al crescere del tempo di esposizione alla sorgente. In generale il tempo di esposizione è il tempo in cui una persona viene esposta al materiale radioattivo (irradiazione esterna diretta). Se il materiale radioattivo penetra all interno del corpo, il tempo di esposizione dipende oltre che dal tempo di dimezzamento fisico anche dal tempo di decadimento dell isotopo o dal tempo che impiega l organismo ad eliminarlo (tempo di dimezzamento biologico del radionuclide). Le particelle alfa a beta sono quelle maggiormente pericolose per esposizione interna. Radioprotezione Distanza: L esposizione è tanto minore quanto più lontana è la sorgente radioattiva dal corpo irraggiato. Ma qual è la distanza limite fra la sorgente radioattiva ed il corpo irraggiato, oltre la quale si parla di alta esposizione? Tale distanza dipende dall energia della radiazione e dall attività della sorgente. La distanza ha un ruolo fondamentale per quanto riguarda i raggi gamma, perché sono particolarmente penetranti. Al contrario le particelle alfa e beta non hanno energia sufficiente a percorrere lunghe distanze. Raddoppiando la distanza, l esposizione viene ridotta di un fattore quattro Schermo: Maggiore è la schermatura attorno ad una sorgente radioattiva, minore è l esposizione. Uno schermo posto fra il corpo e la sorgente radiogena costituisce un mezzo in grado di assorbire la radiazione. Il materiale schermante è generalmente costituito da metalli ad alto peso atomico (piombo, tungsteno, etc). Lo spessore necessario alla protezione dipende dal tipo e dall energia della radiazione ionizzante. IRRADIAZIONE ESTERNA: irradiato da sorgenti di radiazioni situate all esterno oppure all interno di esso (es. in organi cavi come tubo digerente, app. respiratorio, utero, retto), ma in questo caso provenienti da sorgenti sigillate (senza dispersione di radioattività) oppure anche da sorgenti non sigillate ma senza alcuna possibilità di assorbimento biometabolico. 3
IRRADIAZIONE INTERNA: Quando avviene l assorbimento in circolo di sostanze radioattive per via parenterale, inalatoria, digerente, cutanea o attraverso ferite. Le sostanze radioattive, una volta assorbite, vengono distribuite agli organi ed ai tessuti seguendo le normali leggi del ricambio fisiologico e andranno ad irradiare gli organi ed i tessuti di deposito in caso di affinità elettive (es. I = tiroide, Stronzio = ossa) o anche l intero organismo (Trizio, Cesio = distribuzione ubiquitaria) IRRADIAZIONE I fattori che condizionano la gravità di una radiocontaminazione interna: Tf: Tempo di dimezzamento fisico tempo impiegato da una certa quantità di radioisotopo di ridursi della metà (immodificabile e costante). Tb: Tempo di dimezzamento biologico intervallo di tempo necessario affinché la sostanza assorbita si riduca della metà in virtù dei processi fisiologici e metabolici di depurazione dell organismo. Tempo effettivo (Teff): Tf x Tb Tf + Tb DOSIMETRIA FISICA Definizioni: Dose assorbita (D): quantità di Energia ceduta in una massa unitaria di tessuto ( Gray: Gy). Dose equivalente (DH): esprime la capacità della radiazione di generare effetti biologici nei tessuti non solo in rapporto all energia ceduta ma anche al tipo di radiazione. (Sievert: Sv). Dose efficace (DE): esprime la probabilità che un organo o tessuto irradiato possa subire un danno stocastico rispetto al corpo intero. (Sv). 4
DOSIMETRIA FISICA Tipo di radiazione Fotoni, Elettroni Neutroni Protoni Particelle alfa, nuclei pesanti Fattore di ponderazione 1 5-10-20 5 20 DOSIMETRIA FISICA Tessuto Fattore di ponderazione Gonadi Colon Esofago Fegato Mammella femminile Midollo rosso Pelle Polmone Stomaco Superficie ossea Tiroide Vescica Organi restanti Organi più radiosensibili 0,20 0,12 0,05 0,05 0,05 0,12 0,01 0,12 0,12 0,01 0,05 0,05 0,05 RADIOBIOLOGIA EFFETTI STOCASTICI: di tipo probabilistico (a carico di una o poche cellule) es. tumori solidi e leucemie. EFFETTI NON STOCASTICI o DETERMINISTICI: legati ad una dose soglia (effetto a carico di più cellule) es. cataratta, ecc EFFETTI SOMATICI: se interessano il soggetto direttamente esposto. EFFETTI GENETICI: se riguardano le generazioni successive. 5
Chi effettua il controllo sulla radioesposizione? ESPERTO QUALIFICATO (EQ): viene attribuito il compito della sorveglianza fisica sulle radiazioni. Questo titolo viene attribuito solo a fisici, tecnici, ingegneri, chimici; dopo aver sostenuto un esame davanti ad una apposita commissione. EQ I grado: macchine fino a 200kV EQ II grado: sorgenti sigillate e non sigillate fino a 10MeV EQ III grado: sorgenti superiori a 10Mev; Centrali Nucleari ESPERTO QUALIFICATO All Esperto qualificato spetta: Individuazione sorgenti radiogene e definizione delle operazioni legate al loro uso Stabilisce i mezzi idonei di radioprotezione da adottare Stabilisce il tipo di dosimetria fisica: ambientale e personale Classificazione del lavoratore (A,B) Definire parametri costruttivi dei locali (barriere di protezione) e procedure per evitare rilascio di radiocontaminanti nell ambiente esterno Regolamentare accessi ai luoghi di lavoro e definire le aree di: zona controllata e zona sorvegliata Controlli sistematici sui livelli di esposizione ambientale ed individuale Opera in stretta collaborazione con il Medico Autorizzato AREE DI LAVORO ZONE CONTROLLATE: quelle aree in cui sussiste per i lavoratori in esse operanti il rischio di superamento di uno dei seguenti valori, riferiti ad un anno solare: esposizione globale: 6 msv esposizione parziale : cristallino (150 msv), per la pelle (500 msv), per mani e piedi (500 msv). ZONE SORVEGLIATE: quelle aree in cui sussiste per i lavoratori in esse operanti il rischio di superamento di uno dei limiti di dose fissati per le persone del pubblico, sempre riferiti ad un anno solare: esposizione globale: 1 msv esposizione parziale: cristallino (15 msv), per la pelle (50 msv), per mani e piedi (50 msv). 6
SORVEGLIANZA MEDICA Attività di prevenzione medica basata sui principi della MDL, condotta sul lavoratore esposto al rischio da R.I. per ragioni professionali. E affidata al Medico Autorizzato, ed è costituita dall analisi dei rischi individuali connessi all attività lavorativa ed al tipo di mansione, e dall insieme delle visite mediche, degli esami di laboratorio e strumentali, delle consulenze mediche specialistiche, della trasmissione delle informazioni sul rischio e sui risultati delle valutazioni sanitarie, dei provvedimenti e degli interventi medici. Finalità: valutazione e conservazione dello stato di salute del lavoratore ed espressione di un giudizio di compatibilità con il rischio radiologico. SORVEGLIANZA MEDICA VISITE PREVENTIVE: per constatare assenza di controindicazioni VISITE PERIODICHE: per controllare stato di salute dei lavoratori VISITE STRAORDINARIE: per cambio mansione od aumento dei rischi, inizio maternità, per riconoscimento di eventuale danno da R.I. VISITE CONCLUSIVE: per cambio mansione o cessazione della attività ASPETTI RADIOPROTEZIONISTICI: CICLOTRONE E RADIOFARMACIA Il ciclotrone: MiniTRACE General Electric Caratteristiche principali: Autoschermatura totale Porta di ingresso al locale interbloccata Energia di fascio 9,6 MeV Corrente di fascio 50 ua (sul target) 7
Dosimetria Ambientale In tutti i locali dove viene prodotto o manipolato materiale radioattivo sono presenti rilevatori a parete collegati con un sistema elettronico che registra i dati 24h/24h. I dati possono essere richiamati su consolle, registrati e salvati per controlli futuri. Rilevatori Geiger Muller Rilevatore Neutroni Dosimetria Ambientale Rilevatore Geiger Muller a parete Centralina Raccolta Dati Colonna segnalazione Audio-Visiva Rilevatore Neutroni Rilevatore Portatile Dosimetria Personale Dosimetro a lettura immediata Badge e anello dosimetrico Rilevatore mani&piedi Rilevatore Portatile Estremità e vesti 8
L aspetto radioprotezionistico in una struttura dove viene realizzato il radiofarmaco deve essere attentamente studiato fin dalle prime fasi e prevede: individuazione del sito di costruzione determinazione della disposizione dei locali caratterizzazione di tutte le sorgenti di emissione valutazione del rischio del personale valutazione del rischio per la popolazione classificazione delle aree e del personale definizione del programma di monitoraggio ambientale / personale individuazione delle criticità nella routin e in caso di incidente progettazione di idoneo sistema di ventilazione Valutazioni Dosimetriche alla Popolazione ed al Personale Particolare importanza riveste lo studio legato alla dosimetria del personale e della popolazione ed in particolare al monitoraggio della: irradiazione esterna contaminazione interna contaminazione della cute Valutazione del rischio per i lavoratori e la popolazione nelle condizioni di: normale attività incidenti minori (limitata a 1-2 persone) Incidenti gravi (incendio, allagamento,sisma ) che coinvolgono più persone. Aspetti radioprotezionistici La pianificazione di un tale sistema di radioprotezione richiede uno studio preventivo approfondito, non limitato alle sole competenze della Fisica Sanitaria, ma che rende necessario un approccio multidisciplinare. E necessaria quindi una stretta collaborazione trà il costruttore edile, i progettisti degli impianti, e gli installatori delle case produttrici degli apparecchi di produzione 9
Tutti gli operatori sono dotati di: Aspetti radioprotezionistici Dosimetria Personale Dosimetro personale a termo luminescienza (TL) per la rilevazione della dose al corpo intero Dosimetro personale ad anello (TL), per la rilevazione della dose alle estremità Dosimetria ausiliaria Rilevatore Geiger Muller portatile Dosimetro elettronico portatile personale a lettura immediata Aspetti radioprotezionistici Il ciclotrone MiniTrace a differenza del fratello maggiore PetTrace possiede una autoschermatura Inibizione al funzionamento con autoschermature aperte Valori di radioattività vicina alla radioattività di fondo con ciclotrone in standby Accesso senza restrizioni al locale in standby Radioattività minore a 20mSv/hr con bombardamento a 25uA, a 1metro Accesso vietato al locale in fase di beam-on Schermatura completa ai neutroni Locale a pressione atmosferica negativa per evitare eventuali fughe di radioattività nei locali attigui Sistema di monitoraggio ambientale per radiazioni gamma e per neutroni Manutenzione del Target Oltre all aspetto radioprotezionistico c è quello legato alla contaminazione chimica. Le problematiche maggiori per quello che riguarda la radioprotezione sono legate alle operazioni di smontaggio, pulizia, manutenzione target e rimontaggio. Per questo motivo vengono utilizzati due target che vengono utilizzati alternati nel tempo (4-6) mesi. Questo permette di operare con un livello di radioattività più basso, ma sempre ad un valore di attenzione! 10
Manutenzione del Target Nel locale ciclotrone è presente un bancone di lavoro con paratia schermata, che permette di ridurre la dose al corpo. La dose alle mani è invece funzione dell abilità dell operatore nelle varie fasi di disassemblaggio e allontanamento dei foil attivi. La fase di smontaggio e allontanamento dei foil attivi è la più critica da punto di vista dosimetrico. L uso di strumenti idonei, (chiavi con manico di prolunga, pinze con becchi lunghi) e soprattutto rapidità nelle operazioni, sono di fondamentale importanza. homo avvisato!! Manutenzione del Target Nel locale ciclotrone sono stati installati contenitori con schermatura in piombo di dimensioni adatte a contenere il target. E presente inoltre un contenitore a schermatura maggiore per contenere i foils attivati. 5 contenitori in Pb spessore delle pareti 5cm 1 contenitore in Pb spessore delle pareti 8 cm Manutenzione Camera a Vuoto Durante le operazioni di manutenzione della camera a vuoto, esiste la possibilità di contaminazione interna ad opera di polveri sottili che si originano nel normale funzionamento. Alcune polveri contengono isotopi radioattivi a lunga emivita. Queste operazioni di manutenzione sono svolte indossando tute di protezione chimica, maschera con filtro e carboni attivi, occhiali di protezione. 11
Area Comune PET/TC CICLOTRONE Monitor Mani e Piedi Decontaminazione Occhi Spogliatotio Personale Caldo e Freddo Docce Decontaminazione Radioprotezione nelle Celle di Sintesi e Frazionamento Le celle di sintesi possiedono schermature in piombo dello spessore di circa 8cm che provvede ad un abbatimento pressoché totale dell irraggiamento esterno. Inoltre la cella è dotata di portelli a chiusura ermetica, che unitamente ad un sistema di ventilazione forzata garantisce una pressione atmosferica interna più bassa rispetto a quella esterna (50-75Pa). Radioprotezione nelle Celle di Sintesi e Frazionamento Le celle di sintesi sono dotate di due monitor per la rilevazione della radioattività: uno blocca l apertura del portello nel caso la radioattività superi un determinato valore soglia, mentre l altro chiude i condotti di ventilazione, evitando la fuoriuscita di aria contaminata, al superamento di livelli prefissati. 12
Sistema Di Ventilazione Tutti gli ambienti in cui viene prodotto o manipolato il radiofarmaco sono controllati da un sistema di monitoraggio ambientale che regola pressione atmosferica e temperatura in modo indipendente. Il locale ciclotrone ed il locale radiofarmacia sono tenuti ad una pressione atmosferica più bassa rispetto ai locali adiacenti (30-60Pa). Nel caso di fuoriuscite accidentali, di materiale radioattivo volatile, questo assicura un passaggio forzato nelle condotte di aspirazione. Alcuni centri sono dotati di un sistema di monitoraggio continuo sui condotti di aspirazione dei locali ciclotrone e radiofarmacia Nella Routine lavorativa: Norme Comportamentali Impiego di indumenti appropriati e protettivi nei casi indicati Astensione dal fumo e dall alimentazione durante l attività di lavoro. Lavaggio frequente delle mani. Controlli sulla validità dei rilevamenti della radioattività ambientale. Controlli delle apparecchiature e delle metodiche di lavoro. In caso di Incidente lieve, se non riguarda l operatore: Informare l esperto qualificato Verificare il livello di esposizione della zona interessata Procedere alla decontaminazione della zona e delle superfici interessate (basse attività) Norme Comportamentali In caso di Incidente grave, se riguarda anche l operatore: Informare l esperto qualificato e il medico autorizzato Verificare il livello di esposizione della zona interessata Se la contaminazione è ambientale: abbandonare il locale e chiudere l accesso (per almeno 20 periodi di emivita) Se la contaminazione è individuale, procedere il più rapidamente possibile alle operazioni di decontaminazione Effettuare misure individuali per la valutazione dell attività residua In caso di contaminazione grave il medico autorizzato disporrà le opportune indagini per la valutazione del rischio (esami clinici, strumentali, etc) NOTA: In tutti gli ambienti radiologigi, l Azienda Ospedaliera ha redatto un manuale di comportamento del personale in zona controllata. In Radiofarmacia e Ciclotrone il regolamento delle attività è in fase di compilazione! 13
RUOLO DELL OPERATORE Attività elevata ( 1-2 Ci al giorno ) Competenza: Radioprotezionistica Laboratorio Conoscenza approfondita delle apparecchiature RUOLO DELL OPERATORE Competenza Radioprotezionistica: Utilizzo dispositivi: radioprotezionistici monitoraggio ambientale monitoraggio individuale (lettura immediata) Limitare il tempo di esposizione Ottimizzare le procedure operative Contaminazione Ambientale Individuale RUOLO DELL OPERATORE Competenze di laboratorio: Pulizia delle apparecchiature sterili Preparazione reagenti di sintesi in cappa a flusso laminare Manipolazione in ambiente asettico Controllo di qualità sul radiofarmaco Frazionamento del radiofarmaco: Siringhe Flaconi 14
RUOLO DELL OPERATORE Manutenzione delle apparecchiature: Periodicità variabile: Giornaliera Semestrale Anche in presenza di radioattività (ciclotrone) Protocolli di manutenzione casa produttrice interni (di nostra creazione) Monitoraggio parametri di funzionamento Prevenzione e predizione guasti Manutenzione straordinaria RUOLO DELL OPERATORE Protocolli di Produzione (check-list) in tutti gli ambiti di attività: Limitare gli errori procedurali Garantire la ripetibilità dei risultati (Indipendentemente dall operatore) Ottimizzare e standardizzare i tempi Archiviazione check-list per riscontri futuri IMPOSSIBILITA DI GESTIRE GLI ERRORI Gli elevati livelli di radioattività presenti all interno delle apparecchiature, non permettono di riparare in real-time inconvenienti alle macchine. Guasti, errori od omissioni portano inevitabilmente al blocco delle attività ed all annullamento o posticipazione delle sedute PET/TC. Una manutenzione accurata e una osservanza scrupolosa dei protocolli operativi sono la garanzia migliore per un esito positivo. 15
Manifestazioni necrotiche al 20 giorno dall esposizione accidentale ad una sorgente di cobalto 60 da 3700Ci 16